JPH11192295A - 機能性被覆体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被覆対象物に容易かつ均一に光触媒無機質粒
子の薄層を被覆設置することができ、かつ最小限の被覆
量で高度の機能性（抗菌性、脱臭性）を発揮しうる機能
性被覆体を工業的に有利に製造する方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 少なくとも表面が導電性を有するかある
いは事前に導電処理を施した被覆対象物の表面に、静電
塗装機を用いて、光触媒作用を有する無機質粒子を含む
液体状または粉体状の材料を霧化して吸着させる。光触
媒無機質粒子は、超微細酸化チタン系の光触媒無機質粒
子であることが望ましい。霧化させる材料が液体状の材
料であるときは、それが、光触媒無機質粒子、無機質ま
たは無機質に変換しうるバインダー、および媒体からな
るものであることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、すぐれた抗菌・脱
臭機能を有する機能性被覆体を工業的に有利に製造する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抗菌または脱臭の観点からの環境改善
は、現在では、家庭、職場、学校、病院、公共の建物、
交通機関をはじめとするあらゆる場に浸透している。

【０００３】近時、抗菌剤または脱臭剤として、超微細
酸化チタンに代表される光触媒作用を有する無機質粒子
が注目を浴びている。すなわち、この光触媒無機質粒子
を、繊維・フィルム・一般成形物等のプラスチックス成
形物の成形に際して練り込んだり、セラミックス製品の
製造時に原料の一部として配合して焼成したり、金属製
品・プラスチックス製品・ガラス製品・陶磁器製品・タ
イル・織物・木質製品等の種々の対象物の表面に塗布や
ディッピング方式でコーティングしたりすることによ
り、対象物に抗菌性や脱臭性を付与することができる。
この場合、光触媒無機質粒子が機能性（抗菌性、脱臭
性）を発揮するためには、光の照射が必要となるので、
日光や照明が当らない場所で使うときには、紫外線ラン
プなどのランプを組み込むような工夫がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光触媒無機質粒子を対
象物の製造時に配合、内添または練り込む方法は、大量
生産品には向いているものの、少量多品種の場合には必
ずしも適当でないこと、添加量の割には表面に露われる
光触媒無機質粒子の量が少ないので、コスト的に不利と
なること、対象物の物性自体を変えることがあることな
どの問題点がある。

【０００５】これに対し、光触媒無機質粒子を対象物の
表面に塗布やディッピング方式でコーティングする方法
は、すでに存在する製品に適用できるので、応用可能な
範囲が広いこと、表面のみに機能性層を形成できるの
で、光触媒無機質粒子の量が少なくてすみ、コスト的に
有利であること、対象物の物性を変えるおそれが小さい
ことなどの利点がある。

【０００６】しかしながら、光触媒無機質粒子を対象物
の表面に塗布やディッピング方式でコーティングする方
法は、対象物がフラットな平面であるときには均一コー
ティングの点でそれほど問題は生じないものの、対象物
が複雑な表面形状を有するときには、均一塗布のために
特別の装置、労力、熟練を要するという問題点がある
上、そのような対策を講じても依然として均一コーティ
ングが難しいので、機能性付与に不備を生ずるおそれが
ある。また塗布やディッピング方式での通常のコーティ
ング法では、コーティング剤の付着効率が悪く、高価な
光触媒無機質粒子が無駄になる率が大きくなり、またコ
ーティング厚みが過大になる傾向があるので、対象物表
面の風合や性質が変化してしまうおそれがある。

【０００７】加えて、光触媒無機質粒子を対象物の表面
に通常の方式でコーティングする方法によっては、期待
するほどの機能性（抗菌性、脱臭性）が得られないこと
がある。これは、対象物への密着性を確保するためにバ
インダー量を一定程度以上にしなければならならず、ま
た膜厚もある程度厚くしなければならないので、そのバ
インダーに光触媒無機質粒子が埋もれてしまい、使用し
た光触媒無機質粒子のうち機能性発揮に貢献するものの
割合が小さくなるためと思われる。

【０００８】本発明は、このような背景下において、被
覆対象物に容易かつ均一に光触媒無機質粒子の薄層を被
覆設置することができ、かつ最小限の被覆量で高度の機
能性（抗菌性、脱臭性）を発揮しうる機能性被覆体を工
業的に有利に製造する方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の機能性被覆体の
製造法は、少なくとも表面が導電性を有するかあるいは
事前に導電処理を施した被覆対象物の表面に、静電塗装
機を用いて、光触媒作用を有する無機質粒子を含む液体
状または粉体状の材料を霧化して吸着させることを特徴
とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。

【００１１】被覆対象物としては、平面的なものはもと
より、三次元曲面を有するもの、凹部や凸部を有するも
の、表裏を被覆することが要求されるもの、複雑な立体
構造を有するものをはじめ、ありとあらゆる形状のもの
を用いることが可能であり、この点が本発明のすぐれた
特徴点の一つでもある。

【００１２】被覆可能な対象物の材質は、金属、塗装金
属、プラスチックス、セラミックス、ガラス、天然の有
機または無機材料など、ほとんど全ての固体物質があげ
られる。

【００１３】被覆対象物の例は、電話機、便座、衛生陶
器、ドアのノブや取手、瓶・ボトル、置物、吊り革、歯
刷子、マイクロホン、鞄の取手、飲料ポット、傘の柄、
照明ランプ、文房具（筆記具等）、日用品（物干し竿
等）、トイレタリー用品、浴室用具、台所用品、家庭用
品、椅子、履物、紙、織布、不織布、編布、操作ボタ
ン、ＯＡ機器、キャビネット、内装材、建材、医療器
具、歯科器具、運動用具などであり、家庭用、産業用、
公共用、運輸用、病院用、園芸用、農業用、畜産用、水
産加工用、スポーツ用、教育用などを問わない。

【００１４】被覆対象物の少なくとも表面が導電性を有
するときは、これをそのまま後述の工程に供することが
できる。

【００１５】被覆対象物が導電性を有しないときは、事
前に導電処理を施すことが必要となる。導電処理法とし
ては、典型的には、導電剤を媒体に溶解ないし微分散し
た導電処理液で被覆対象物を処理し、被覆対象物の表面
を表面電気抵抗値で１０⁹ Ω・cmとか１０⁸ Ω・cm程度
以下にする方法が採用される。

【００１６】導電剤としては、特に帯電防止グレードの
界面活性剤が重要である。このような界面活性剤として
は、カチオン系界面活性剤（第四級アミン塩等）、アニ
オン界面活性剤（スルホン酸塩、リン酸塩等）、両性界
面活性剤（アルキルベタイン系、アルキルイミダゾリン
系等）、ノニオン界面活性剤（ポリオキシエチレンアル
キルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、グ
リセリン脂肪酸エステル等）などがあげられる。導電剤
としては、カチオン系イオン導電性ポリマー（ポリビニ
ルベンジルトリメチルアンモニウム塩等）、アニオン系
イオン導電性ポリマー（ポリスチレンスルホン酸塩等）
などのイオン導電性ポリマーも用いることができる。こ
れらの導電剤はあくまで例示であり、帯電防止剤ないし
は導電剤として知られている多種のものを使用可能する
ことができる。

【００１７】媒体としては、有機溶剤や無機溶剤（水
等）が用いられ、混合溶剤であってもよい。媒体は、被
覆対象物を冒さず、かつ適度の揮発性を有するものを選
択するよう留意する。代表的な媒体は、メタノール、エ
タノール、イソプロパノールなどのアルコールである。

【００１８】導電処理液中の導電剤の濃度は、たとえば
0.01〜２重量％（殊に 0.1〜１重量％）程度とすること
が多い。

【００１９】導電処理液による被覆対象物の処理は、デ
ィッピング方式やシャワー方式によっても行うことがで
きるが、実用的には溜まりを生じにくいスプレー方式、
殊にエアスプレー方式によることが望ましい。

【００２０】そして本発明においては、少なくとも表面
が導電性を有するかあるいは事前に導電処理を施した被
覆対象物の表面に、静電塗装機を用いて、光触媒作用を
有する無機質粒子を含む液体状または粉体状の材料を霧
化して吸着させる。

【００２１】静電塗装の原理は、アースした被覆対象物
を陽極とし、塗装ガンの先端を陰極としてこれに負の高
電圧を印加して、両極間に静電界を作り、噴霧した塗料
粒子を負に帯電させて陽極の被覆対象物へ電気的に吸着
させるものである。実際の現場を観察すると、霧化した
塗料粒子が霧がすっと消えるように被覆対象物へ吸着さ
れることが目視できる。静電塗装には、塗料を粉体とし
て霧化させる方法と塗料を液体として霧化させる方法と
があり、本発明の目的には液体状であっても粉体状であ
ってもよいが、液体状（微分散液）として霧化させる方
法、つまり静電液体塗装の方が、被覆対象物の表面に吸
着された後の定着が容易であり、また被覆対象物の材質
を問わないので、有利である。

【００２２】光触媒作用を有する無機質粒子（光触媒無
機質粒子）を含む液体状の材料（微分散液）は、バイン
ダーおよび媒体（またはバインダー兼用の媒体）に、光
触媒無機質粒子を分散したものである。粉体状の材料
は、光触媒無機質粒子またはこれを他の物質で処理した
り他の粒子と併用したものである。

【００２３】光触媒無機質粒子としては、特に、Ｘ線粒
径がたとえば１００nm以下というような超微細酸化チタ
ンが好適に用いられ、超微細酸化チタンの表面を金属
（金、銀、銅、白金、亜鉛、ケイ素、鉄等）または金属
化合物（酸化亜鉛、酸化ケイ素等）で修飾したものも好
適に用いることができる。

【００２４】バインダーとしては、無機質のバインダー
または無機質に変換しうるバインダーが好適である。一
般の有機質バインダーも可能であるが、有機質バインダ
ーは光触媒無機質粒子により徐々に分解していくので、
もし有機質バインダーを用いるときは、無機質または無
機質に変換しうるバインダーと共に少量を併用するよう
にすることが好ましい。

【００２５】上記のうち無機質のバインダーとしては、
アルミナゾル、シリカゾルなどが好適に用いられる。

【００２６】無機質に変換しうるバインダーとしては、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメ
チルメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシランをはじめとするアルコキシシラン
あるいはこのオリゴマーや、他の金属アルコキシドなど
も好適に用いられる。アルコキシシランは、被覆対象物
に適用後に容易に加水分解してシラノール基を生成し、
さらには架橋して、無機質であるＳｉＯ₂ にまで変換さ
れていく。

【００２７】媒体としては、水、水混和性有機溶剤、水
−水混和性有機溶剤混合物、他の有機溶剤などがあげら
れる。水混和性有機溶剤の代表例は、メタノール、エタ
ノール、イソプロパノールなどのアルコール類である。

【００２８】微分散液中の固形分濃度は、たとえば１〜
３０重量％程度が適当であるが、必ずしもこの範囲内に
限られない。微分散液中の光触媒無機質粒子とバインダ
ーとの割合は、重量比で２０：８０〜９５：５とするこ
とが多いが、必ずしもこの範囲内に限られない。バイン
ダーの割合が余りに少ないときは被覆対象物に適用後に
光触媒無機質粒子が剥落しやすく、光触媒無機質粒子の
割合が余りに少ないときは機能性（脱臭性、抗菌性）が
不足するようになる。上述の固形分濃度や光触媒無機質
粒子／バインダー比の範囲は、あくまで目安であり、実
験的に最適の条件を選ぶべきである。

【００２９】静電塗装機としては、電気霧化方式の静電
塗装機が好適に用いられる。この方式にはベル形静電塗
装機やディスク形静電塗装機などがあるが、いずれも塗
着効率が高く、本発明の目的に特に好適である。電気霧
化方式のほか、エア霧化方式、エアレス霧化方式の静電
塗装機も好適に用いることもできる。

【００３０】静電塗装後は、自然乾燥または強制乾燥を
行う。これにより、被覆対象物の表面に、直接または導
電処理層を介して光触媒無機質粒子の薄層が均一に設け
られた構造の機能性被覆体が得られる。

【００３１】〈作用〉本発明においては、静電塗装方式
を採用しているので、被覆対象物の形状の如何にかかわ
らず、霧化した液や粉体がまわり込み、容易に光触媒無
機質粒子の薄層を均一に被覆することができる。

【００３２】本発明の方法により製造される機能性被覆
体は、すぐれた抗菌、脱臭作用を奏する。光触媒無機質
粒子は、それ自体でも酸化作用を奏するが、抗菌、脱臭
に用いながら光照射するか、抗菌、脱臭に用いた後に光
照射すれば、抗菌、脱臭能力が回復するので、繰り返し
再使用することができる。このときの光源は、蛍光灯、
白色光、太陽光線、紫外線ランプなど任意である。

【００３３】また光触媒無機質粒子は有機物を分解する
作用があるので、有機物の汚れ（手垢、喫煙時のニコチ
ンやヤニ、線香のヤニ、調理時の油煙等）が付着しても
それを効果的に分解し、汚れを土台としてその上にカビ
が生育するおそれがない。

【００３４】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。

【００３５】〈機能性被覆体の製造〉 実施例１ 天井に設置してあるレールからハンガーを吊り下げ、そ
のハンガーを、導電処理ゾーン、電気霧化ゾーンを経
て、乾燥ゾーンに移動可能にした。

【００３６】被覆対象物として、円筒状の照明ランプ、
陶器製の動物形状の置物（内部は中空）、コの字形のド
ア取手、造花、吊り革のリングの部分、病院用カルテフ
ァイル、パソコン用マウスパッド、電卓のハウジング、
ボールペンを準備した。材質は、１番目がガラス、２番
目はセラミック、３番目以降はプラスチックスである。

【００３７】これらの被覆対象物をハンガーに引っ掛け
て吊り下げてから、第四級アンモニウム塩型の界面活性
剤系導電剤の濃度 0.3重量％のメタノール溶液からなる
導電処理液を用い、導電処理ゾーンにおいて、エアスプ
レー方式により噴霧して吹き付けた。導電処理後の対象
物はすぐに自然乾燥し、対象物は導電処理された。

【００３８】光触媒無機質粒子、無機質または無機質に
変換しうるバインダー、およびこれらを分散または溶解
する媒体を主剤とする微分散液（スラリー液）として、
石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン／コーティン
グ剤「ＳＴ−Ｋ０３」を準備した。「ＳＴ−Ｋ０３」の
固形分濃度は１０重量％、ＴｉＯ₂ ／バインダーの重量
比は５０／５０、溶媒はエタノールと水、ｐＨは 1.5、
粘度は５cps である。含有するＴｉＯ₂ 成分のＸ線粒径
は７nmであると思われる。

【００３９】上記の導電処理後の対象物を電気霧化ゾー
ンに移動させ、電気霧化方式の静電塗装機を用いて、こ
の微分散液を対象物に向けて噴霧したところ、霧化した
微分散液がほとんど一瞬に近い間に対象物表面に吸着さ
れた。塗着率は９０〜９５％であった。

【００４０】これを乾燥ゾーンを通過させることによ
り、対象物表面に薄層の被覆層を形成することができ
た。

【００４１】比較例１ 実施例で用いたのと同じ被覆対象物に、上述の微分散液
「ＳＴ−Ｋ０３」をエアスプレー方式により塗布し、乾
燥した。

【００４２】比較例２ 実施例で用いたのと同じ被覆対象物に、上述の微分散液
「ＳＴ−Ｋ０３」をエアレススプレー方式により塗布
し、乾燥した。

【００４３】〈塗着試験〉実施例１および比較例１〜２
における微分散液の塗着率と塗着むら（無塗着部の有
無、塗着部の膜厚の均一性）を調べた。このうち塗着む
らは、微分散液に蛍光灯染料を入れておき、スプレー操
作後にブラックライト照射下で無発光部（つまり未塗着
部）の有無および発光部の濃淡（つまり被膜の膜厚の均
一性）を判定した。結果を表１に示す。サンプル数は各
１０個とし、平均的な結果を示すもので評価した。判定
は、○（良好）、△（普通）、×（不良）の３段階とし
た。

【００４４】

【表１】 被覆対象物 塗着率 無発光部 発光部の濃淡 実施例１ 陶器製の置物 ○ 90-95 % ○なし ○均一で淡い発光 吊り革のリング ○ 90-95 % ○なし ○均一で淡い発光 ドア取手 ○ 90-95 % ○なし ○均一で淡い発光 造花 ○ 90-95 % ○なし ○均一で淡い発光 比較例１ 陶器製の置物 × 30-60 % △ややあり △濃淡あり 吊り革のリング × 30-60 % △ややあり △濃淡ややあり ドア取手 × 30-60 % △ややあり △濃淡ややあり 造花 × 30-60 % ×あり ×濃淡著しい 比較例２ 陶器製の置物 × 30-60 % △ややあり △濃淡あり 吊り革のリング × 30-60 % △ややあり △濃淡ややあり ドア取手 × 30-60 % △ややあり △濃淡ややあり 造花 × 30-60 % ×あり ×濃淡著しい

【００４５】〈脱臭試験〉ブラックライトを内側に配置
した容量５リットルのガラス容器内に、実施例１および
比較例１〜２で得た機能性被覆体（陶器製の置物）を入
れてから、蓋をして密閉した。このときの実施例１のサ
ンプルとしては無作為に選んだ４個のうち３個を選んで
使用し、比較例１〜２のサンプルとしては、無発光部
（未塗着部）がなく、しかもできるだけ濃淡判定で濃淡
の小さいもの４個の中から３個を選んで使用した。太陽
光や室内灯を光源とせずにブラックライトを用いたの
は、経時的な臭気成分濃度を正確に測定すべく光量を一
定にするためである。

【００４６】ガラス容器の上部から臭気ガス（アンモニ
ア、アセトアルデヒド、トリメチルアミン）を注入し、
ブラックライトを照射して、直後および４時間後にヘッ
ドスペースガスをサンプリングし、臭気成分の濃度を検
知管で測定した。結果を表２に示す。表２中の数値は、
各３個のサンプルについての平均値（単位はppm ）であ
る。

【００４７】

【表２】 NH₃ CH₃CHO N(CH₂CH₃)₃ 初期 ４hr 初期 ４hr 初期 ４hr 実施例１ 53 29 35 15 122 72 比較例１ 53 35 34 21 121 80 比較例２ 54 34 33 20 122 82

【００４８】表２から、同じスプレー液（微分散液）に
より被覆を行っているにもかかわらず、実施例１の方が
比較例１〜２よりも安定して脱臭効率が良いことがわか
る。これは、実施例１においては形成した被膜が薄くか
つ均一であるため、光触媒無機質粒子と雰囲気との接触
効率が良いためではないかと思われる。

【００４９】〈抗菌試験〉上述の脱臭試験のときのサン
プルの残りの各１個を割って、表面が約１８００mm² と
なるようなサンプル片を作製した。

【００５０】市販培地 0.1重量％を含む水（自然落下菌
を含む）４０mlに上述のサンプル片を入れて密封し、室
内自然光下に静置した。菌の繁殖は、９６時間後に６０
０nmの透過率を測定することにより判定した。結果を表
３に示す。

【００５１】

【表３】 サンプル 透過率(%T) 状 態 ブランク 84.1 白濁、腐敗臭 実施例１ 94.0 透明、無臭 比較例１ 91.9 透明、無臭比較例２ 92.2 透明、無臭

【００５２】表３から、実施例１および比較例１〜２の
いずれにあってもすぐれた抗菌性が奏されているが、実
施例１の方が比較例１〜２よりもさらに好ましい結果が
得られることがわかる。

【００５３】実施例２ 光触媒無機質粒子として、石原産業株式会社製の光触媒
用酸化チタン「ＳＴ−３１」を準備した。「ＳＴ−３
１」は、カタログの記載によれば、結晶形はアナター
ス、形状は粉体、ＴｉＯ₂ 含量（１１０℃乾燥品）は８
１重量％、Ｘ線粒径は７nm、比表面積（簡易ＢＤＴ法）
は２６０m²/gである。

【００５４】上記の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−３１」
を、電気霧化方式の静電塗装機を用いて、銅製の立体形
状の物体に向けて粉体状で噴霧したところ、霧化した粉
体がほとんど一瞬に近い間に対象物表面に吸着された。
塗着率は９０〜９５％であった。これを約６００℃で焼
成し、吸着された粉体を定着させた。これにより、目的
とする機能性被覆体が得られた。

【００５５】

【発明の効果】本発明においては、静電液体塗装方式を
採用しているので、被覆対象物の形状の如何にかかわら
ず、霧化した液や粉体がまわり込み、容易に光触媒無機
質粒子の薄層を均一に被覆することができる。しかも光
触媒無機質粒子の無駄がほとんどないので材料コスト的
にも有利であり、また比較的簡単な装置を用いて実施で
きるので、本発明は工業的方法として極めて有用であ
る。

【００５６】本発明の方法により製造される機能性被覆
体は、すぐれた抗菌、脱臭作用を奏する上、すでに製品
とされている対象物に適用することもできるので、身の
回りを快適な環境にもたらすことができる。またその際
に対象物の本来の物性や外観を損なうこともない。

【００５７】そして被覆厚みが均一でかつ極薄であるの
で、コスト的に有利であるのみならず、被覆対象物表面
へのデポジット状態における被膜中の光触媒無機質粒子
の表面積が大きく、その結果、光触媒無機質粒子と雰囲
気中の臭気成分や微生物との接触効率が厚膜品に比し向
上し、抗菌、脱臭性が通常のスプレー、ディッピング、
フローコーティング品などに比し一段と向上する。

【００５８】そのほか、光触媒無機質粒子は有機物を分
解する作用があるので、有機物の汚れ（手垢、喫煙時の
ニコチンやヤニ、線香のヤニ、調理時の油煙等）が付着
してもそれを効果的に分解し、汚れを土台としてその上
にカビが生育するおそれがない。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも表面が導電性を有するかあるい
   は事前に導電処理を施した被覆対象物の表面に、静電塗
   装機を用いて、光触媒作用を有する無機質粒子を含む液
   体状または粉体状の材料を霧化して吸着させることを特
   徴とする機能性被覆体の製造法。
2. 【請求項２】光触媒作用を有する無機質粒子が、超微細
   酸化チタン系の光触媒無機質粒子である請求項１記載の
   製造法。
3. 【請求項３】光触媒作用を有する無機質粒子を含む液体
   状の材料が、光触媒作用を有する無機質粒子、無機質ま
   たは無機質に変換しうるバインダー、および媒体からな
   るものである請求項１記載の製造法。